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CN109789519B - 电渣焊用焊丝、电渣焊用焊剂和焊接接头 - Google Patents

电渣焊用焊丝、电渣焊用焊剂和焊接接头 Download PDF

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CN109789519B CN201780055668.8A CN201780055668A CN109789519B CN 109789519 B CN109789519 B CN 109789519B CN 201780055668 A CN201780055668 A CN 201780055668A CN 109789519 B CN109789519 B CN 109789519B
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Abstract

本发明电渣焊用焊丝，其特征在于，在焊丝总质量中，以质量％计，含有C：高于0％并在0.07％以下、Si：高于0％并在0.50％以下、Mn：高于0％并在1.0％以下、Ni：6.0～15.0％、Fe：79％以上，且满足下式(1)，另外，还涉及与该电渣焊用焊丝一起被用于电渣焊的电渣焊用焊剂，以及通过使用了该电渣焊用焊丝和该电渣焊用焊剂的电渣焊而制作的焊接接头。0.150≤C+Si/30+Mn/20+Ni/60≤0.300 (1)。

Description

电渣焊用焊丝、电渣焊用焊剂和焊接接头
技术领域
本发明涉及适用于低温贮存液化天然气等的罐、所使用的化学工厂设备的极低温用钢5.0～10.0％Ni钢的电渣焊中所用的焊丝和用于该焊接的焊剂，以及使用这些焊接材料得到的焊接接头。
背景技术
9％Ni钢具有高强度和液氮温度(－196℃)左右的优异的极低温韧性。因此，9％Ni钢被作为用于通过焊接而制造像液化天然气(Liquefied Natural Gas、LNG)等这样被低温贮存的储罐的母材而通用。在这些储罐中，要求在LNG等的液体的温度域，即－162℃以下的温度域的极低温韧性优异。因此，在焊接9％Ni钢而形成的焊接接头的焊接金属(焊接接合部)中，同样也要求具有优异的极低温韧性。
历来，在9％Ni钢的焊接时，可适用的有使用Ni基焊接材料的焊条电弧焊、埋弧焊、自动TIG(Tungsten Inert Gas)焊等的焊接方法。由这些焊接方法得到的焊接金属，虽然极低温韧性优异，但是比9％Ni钢母材的强度低，存在的问题是，结构物的设计板厚必须依照Ni基焊接金属部的强度而加厚板厚。另一方面，各钢铁公司推进着极低温用钢的Ni量削减，进行7％Ni钢和5％Ni钢的实用化、研究。
在专利文献1～4中，提出有极低温钢用的焊接用实芯焊丝或气体保护电弧焊用药芯焊丝。但是，各发明均是使用纯Ar或Ar中有2％以下的氧、二氧化碳或He气的气体保护电弧焊，线能量为1.4～2.2kJ/mm左右，与TIG焊接比较，虽然效率有所提高，但希望有更高效率的施工方法。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本国特开2015－9247号公报
【专利文献2】日本国特开2016－20004号公报
【专利文献3】日本国特开2016－93823号公报
【专利文献4】日本国专利第5880662号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种例如在线能量为10kJ/mm以上的高效率下，具有强度和极低温特性等的机械特性优异的焊接金属的焊接接头。
本发明者们在焊接材料中，也研究了从Ni基到5.0～10.0％Ni程度的焊接金属接头能够得到规定的机械特性的高效率的焊接施工法。其结果发现了可以进行线能量为10.0kJ/mm以上的高效率的焊接，且能够得到规定的机械特性的电渣焊用焊丝和焊剂，使用了这些的焊接金属化学成分系。
即，能够解决上述课题的本发明的电渣焊用焊丝，其特征在于，在焊丝总质量中，以质量％计含有
C：高于0％并在0.07％以下、
Si：高于0％并在0.50％以下、
Mn：高于0％并在1.0％以下、
Ni：6.0～15.0％、
Fe：79％以上，
并且，满足下式(1)。
0.150≤C+Si/30+Mn/20+Ni/60≤0.300 (1)
或者，能够解决上述课题的本发明的另一电渣焊用焊丝，其特征在于，在焊丝总质量中，
以质量％计含有
C：高于0％并在0.07％以下、
Si：高于0％并在0.50％以下、
Mn：高于0％并在1.0％以下、
Ni：6.0～15.0％、
Fe：79％以上，并且，
含有从Cu、Cr、Mo、W、Nb、V和B所构成的群中选择的至少一种元素，
并且，满足下式(2)。
0.150≤C+Si/30+W/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+Nb/10+V/10+5×B≤0.300 (2)
在本发明的优选的实施方式中，上述电渣焊用焊丝，其特征在于，含有从Ca、Mg、REM、Zr、Al和Ti所构成的群中选择的至少一种元素，
并且，满足下式(3)。
0.001≤1.6(Ca+Mg)+1.25(REM+Zr)+Al+0.8Ti≤0.70 (3)
在本发明的优选的实施方式中，上述电渣焊用焊丝是实芯焊丝或药芯焊丝。
在本发明的优选的实施方式中，电渣焊用焊丝，其特征在于，相对于焊丝总质量，含有造渣剂高于0％并在15％以下，且该造渣剂含有从SiO2、CaO、CaF2、BaF2、MgO、Al2O3、MnO、TiO2、ZrO2、FeO、Na2O、K2O和BaO所构成的群中选择的至少一种，且满足下式(4)。
(CaO+CaF2+BaF2+MgO+BaO+Na2O+K2O)/(SiO2+0.5(Al2O3+TiO2+ZrO2+MnO+FeO))≥1.00 (4)
在本发明的优选的实施方式中，上述电渣焊用焊丝实施了镀Cu。
能够解决上述课题的本发明的焊剂，是与上述任意一项中所述的电渣焊用焊丝被一起用于电渣焊的焊剂，其特征在于，以质量％计含有
SiO2：0～35％、
CaO：5～60％、
CaF2：3～50％、
BaF2：0～20％、
MgO：0～20％、
Al2O3：0～65％、
MnO：0～20％、
TiO2：0～10％、
ZrO2：0～10％、
FeO：0～5％、
Na2O：0～10％、
K2O：0～10％、
BaO：0～20％，
并且，满足下式(5)。
(CaO+CaF2+BaF2+MgO+BaO+Na2O+K2O)/(SiO2+0.5(Al2O3+TiO2+ZrO2+MnO+FeO))≥1.00 (5)
另外，能够解决上述课题的本发明的焊接接头，是使用上述任意一项中所述的电渣焊用焊丝，和所述电渣焊用焊剂，通过电渣焊而制作的焊接接头，其特征在于
所述焊接接头的焊接金属，以质量％计，含有
C：高于0％并在0.07％以下、
Si：高于0％并在0.50％以下、
Mn：高于0％、1.0％以下、
Ni：6.0～15.0％，余量由Fe和不可避免的杂质构成，
并且，满足下式(6)。
0.150≤C+Si/30+Mn/20+Ni/60≤0.300 (6)
或者，能够解决上述课题的本发明的他的焊接接头，是使用上述任意一项中所述的电渣焊用焊丝和所述电渣焊用焊剂，利用电渣焊而制作的焊接接头，其特征在于，
所述焊接接头的焊接金属，以质量％计，含有
C：高于0％并在0.07％以下、
Si：高于0％并在0.50％以下、
Mn：高于0％并在1.0％以下、
Ni：6.0～15.0％，并且
含有从Cu、Cr、Mo、W、Nb、V和B所构成的群中选择的至少一种元素，余量由Fe和不可避免的杂质构成，
并且，满足下式(7)的范围。
0.150≤C+Si/30+W/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+Nb/10+V/10+5×B≤0.300 (7)
在本发明的优选的实施方式中，上述焊接接头，其特征在于，所述焊接金属中、以质量％计还含有
O：0％以上且0.025％以下，
N：0％以上且0.010％以下。
在本发明的优选的实施方式中，所述焊接接头，作为母材，使用含有5～10％的Ni的钢板。
根据本发明，能够提供即使在线能量例如为10kJ/mm以上的大线能量焊接时，也具有强度和极低温韧性优异的焊接金属的焊接接头。
附图说明
图1是表示实施例的坡口焊的概略结构的图。
具体实施方式
本发明者们为了解决上述课题，作为使用了6.0～15.0％Ni程度的焊接材料的大线能量焊接法，适用历来未研究过的电渣焊而进行研究。其结果发现，如果使用成分得到适当调整的焊接材料，则即使在线能量例如为10kJ/mm以上的大线能量焊接时，也能够得到具有强度和极低温韧性优异的焊接金属的焊接接头，从而完成了本发明。
在此，电渣焊是在熔融的渣池之中放入焊丝，主要以熔融渣的焦耳热为热源，使母材和焊丝熔融而进行焊接的方法。根据电渣焊，可以单焊道进行造船和工业机械领域等这样板厚大的结构物的立焊。上述结构物的立焊，至今都是以气电焊进行，但对于焊接操作者来说，有电弧辐射热、烟尘、飞溅等的作业环境上的问题。此外若板厚增加，则也有屏蔽劣化，焊接部的机械性能劣化等的问题。
相对于此，在电渣焊中，没有像气电焊这样露出的电弧，而是在熔融渣内发生热量而使焊丝和母材熔融，因此不会发生电弧辐射热，另外烟尘、飞溅的发生也少，作业环境得到改善。另外，由熔融渣遮蔽焊接金属与大气接触，因此不需要保护气体，即使板厚变大，屏蔽效果也不会劣化，不论板厚，都能够有效地防止存在于大气中的氮等侵入到熔融金属内，因此也难以发生焊接金属的机械性的劣化。
在本说明书中，有将电渣焊用焊丝仅称为焊丝的情况。
以下，对于本发明详细地说明。以下，％除非特别指出，否则便是质量％的意思。另外，所谓“～”意思是此下限的值以上，此上限的值以下。
(电渣焊用焊丝)
本发明的电渣焊用焊丝的成分如下。还有，在本发明中，如后述优选使用药芯焊丝，但这时的电渣焊用焊丝的成分，是以相对于该药芯焊丝的总质量的比例规定药芯焊丝所含的各成分的质量％。还有，所谓药芯焊丝的总质量，是指带钢和焊剂的总质量的合计。
C：高于0％并在0.07％以下
C形成固溶强化和化合物，是有助于确保强度的元素。为了有效地发挥上述作用，C量优选为0.003％以上。但是，若C量过剩地添加，则招致化合物粒子数的增加，该化合物粒子作为摆锤冲击试验时的孔隙形成的起点起作用，极低温韧性降低，因此使C量为0.07％以下。C量优选为0.05％以下。
Si：高于0％并在0.50％以下
Si是脱氧元素，使焊接金属中的氧浓度降低，从而具有极低温韧性的提高作用。为了有效地发挥上述作用，Si量优选为0.003％以上。但是，Si的过剩添加招致强度过大的上升，极低温韧性降低，因此使Si量为0.50％以下。Si量优选为0.40％以下。
Mn：高于0％并在1.0％以下
Mn是通过固溶强化而有助于强度确保的元素。若Mn量不足，则得不到规定的强度，因此Mn量优选为0.01％以上。但是，Mn的过剩添加招致强度过大的上升，极低温韧性降低，因此使Mn量为1.0％以下。Mn量优选为0.9％以下。
Ni：6.0～15.0％，
Ni是确保低温韧性必须的元素，使Ni量为6.0％以上。Ni量优选为7.0％以上。但是，Ni的过剩添加招致强度的上升，极低温韧性降低，因此使Ni量为15.0％以下。Ni量优选为14.0％以下。
Fe：79％以上
Fe与对象母材同样，是基本成分，确保由母材和焊接金属构成的接头的成分的连续性，因此为79％以上。低于79％时，需要在规定以上添加其他的合金成分或造渣剂，结果是焊接金属的强度过大，极低温韧性降低。Fe量优选为82％以上。
如前述，对于各成分的作用进行了阐述，但仍有在规定的成分范围内也无法满足需要的机械性质的情况。因此发明者们进一步进行了锐意研究、试验，其结果发现，在大线能量的电渣焊中，能够抑制焊接金属的组织粗大化，得到微细的组织，满足最终机械的性质的合金成分的关系式(1)。还有，式(1)中的C、Si等，是焊丝总质量中各自的含量(质量％)，但省略单位。在后述的式(2)～(3)中也同样。
0.150≤C+Si/30+Mn/20+Ni/60≤0.300 (1)
式(1)的参数低于0.150时，得不到规定的强度。式(1)的参数优选为0.160以上，更优选为0.170以上。另一方面，若式(1)的参数高于0.300，则焊接金属的强度过大，极低温韧性降低。式(1)的参数优选为0.290以下，更优选为0.280以下。
同样，存在即使在规定的成分范围仍无法满足需要的机械性质的情况。因此发明者们进行了锐意研究·试验，其结果发现，在使用了还含有从Cu、Cr、Mo、W、Nb、V和B所构成的群中选择的至少一种元素的焊丝的大线能量的电渣焊中，能够抑制焊接金属的组织粗大化，得到微细的组织，满足最终机械性质的合金成分的关系式(2)。
0.150≤C+Si/30+W/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+Nb/10+V/10+5×B≤0.300 (2)
Cu、Cr、Mo、W、Nb、V和B是有助于确保强度的元素。式(2)的参数低于0.150时，得不到规定的强度。式(2)的参数优选为0.160以上，更优选为0.170以上。另一方面，若式(2)的参数高于0.300，则焊接金属的强度变得过大，极低温韧性降低。式(2)的参数优选为0.290以下，更优选为0.280以下。
上述Cu、Cr、Mo、W、Nb、V和B的含量的更优选的范围如以下所示。
更优选的范围
Cu：0.45％以下
Cr：0.50％以下
Mo：0.55％以下
W：0.50％以下
Nb：0.20％以下
V：0.20％以下
B：0.01％以下
另外，优选还含有从Ca、Mg、REM、Zr、Al和Ti所构成的群中选择的至少一种元素，
满足0.001≤1.6(Ca+Mg)+1.25(REM+Zr)+Al+0.8Ti≤0.70 (3)。
Ca、Mg、REM、Zr、Al和Ti是脱氧元素，使焊接金属中的氧浓度降低，具有极低温韧性的改善作用。为了有效地发挥这样的作用，优选式(3)的参数为0.001以上。但是，如本发明这样以线能量大的大线能量施工为对象时，如前述因为焊接后的冷却速度低，所以氧化物的凝聚·合体造成的粗大化容易进行。因此，若过剩地添加，则粗大氧化物增加，从确保极低温韧性的观点出发，式(3)的参数优选为0.70以下。另外，式(3)的参数更优选为0.10以上。
上述Ca、Mg、REM、Zr、Al和Ti的含量的更优选的范围如以下所示。
更优选的范围
Ca：0.0005～0.20％
Mg：0.0005～0.20％
REM：0.001～0.20％
Zr：0.001～0.15％
Al：0.001～0.20％
Ti：0.001～0.10％
本发明的电渣焊用焊丝的余量，例如是不可避免的杂质。作为不可避免的杂质，可列举例如P、S、As、Sb、Sn、Bi、O、N等。另外，作为本发明的电渣焊用焊丝中能够含有的其他成分，在不阻碍本发明的效果的范围，也可以积极添加上述不可避免的杂质元素和其他的元素。
本发明的电渣焊用焊丝，为了提高通电性，优选在表面实施镀Cu。其Cu镀覆量优选为0.10％以上且0.30％以下。
在本发明的电渣焊用焊丝中，包括实芯焊丝和药芯焊丝这两者。其中药芯焊丝是在外皮(以下，也称为带钢)的内侧填充有焊剂，容易进行成分设计，另外熔敷速度和熔敷效率等也优异。
上述带钢的组成，如果药芯焊丝的组成在上述范围，则没有特别限定。
药芯焊丝的焊剂大致区分为氧化物·氟化物系和金属系，但金属系药芯焊丝特别称为金属芯焊丝(MCW：Metal Cored Wire)。
药芯焊丝的焊剂填充率优选为5～25％。若脱离这些范围，则有操作性劣化等的问题。在此，上述焊剂填充率，是以相对于焊丝的总质量的比例，规定填充在带钢内的焊剂的填充率。还有，所谓焊丝的总质量，是指带钢和焊剂的总质量的合计。
上述药芯焊丝的焊剂，大致区分为氧化物·氟化物系和金属系，金属系其特征在于，满足上述焊丝组成的范围，氧化物·氟化物(造渣剂)，相对于焊丝总质量，含有高于0％并在15％以下，且含有从SiO2、CaO、CaF2、BaF2、MgO、Al2O3、MnO、TiO2、ZrO2、FeO、Na2O、K2O和BaO所构成的群中选择的至少一种，且满足下式(4)。还有，式(4)中的CaO、CaF2等的各成分的表述，是焊丝总质量中的各自的含量(质量％)。
(CaO+CaF2+BaF2+MgO+BaO+Na2O+K2O)/(SiO2+0.5(Al2O3+TiO2+ZrO2+MnO+FeO))≥1.00 (4)
通过造渣剂的使用，电渣焊时该造渣剂熔融而渣化，熔渣保护熔融金属，防止来自大气的氮和氧的混入。此外，通过规定在该造渣剂的组成式(4)的范围内，焊接金属的氧量减少，极低温韧性提高。式(4)的参数优选为1.00以上，更优选为1.30以上。另外，造渣剂也可以作为将CaCO3、BaCO3、MgCO3等的碳酸盐填充在带钢内的焊剂填充剂使用，但是焊接时碳酸盐因热分解，发生CO2气体，焊接金属中的氧量增加，对极低温韧性造成影响。因此，优选焊剂填充剂中不使用碳酸盐。还有，使用碳酸盐时，上式(4)的参数的计算中，考虑到碳酸盐因热分解，从实际的碳酸盐重量中除去CO2量，分别将CaCO3换算成CaO量，BaCO3换算成BaO量，MgCO3换算成MgO量。
药芯焊丝的制造方法没有特别限定，以一般的工序制造即可。例如，将软钢的带钢成型为U字状，在U字状成型带钢中填充焊剂后，成形为内部填充有焊剂的筒状型，拉丝至目标直径而进行制造。
(焊剂)
在电渣焊中，为了弥补随着焊接进行而减少的熔融渣，可追加投入焊剂，但该焊剂在本说明书中仅称为焊剂。在电渣焊中，随着焊接进行，熔融金属被冷却而成为焊接金属，熔融渣池的一部分成为熔融渣层，但随着焊接的进行，熔融渣层被冷却而成为固化渣，熔融渣被消耗。为了补充该熔融渣池的减少，可使用焊剂。焊剂大致区分为熔融型焊剂和粘结型(烧成型)焊剂。熔融型焊剂是通过用电炉等熔化各种原料，经粉碎而制造。另一方面，烧成型焊剂，是通过利用碱性硅酸盐等的粘合剂来结合各种原料，经造粒后，进行烧成而制造。烧成型焊剂有将前述的碳酸盐作为原料使用的情况，但焊接时碳酸盐因热而分解，发生CO2气体，焊接金属中的氧量增加，对极低温韧性造成影响。因此，优选使用熔融型焊剂。
本发明所用的焊剂的组成如下。
SiO2：0～35％
SiO2是酸性成分，是调整熔融渣的粘性和熔点的成分。在本发明中，也可以用其他成分调整粘性和熔点，而不用含有SiO2。另一方面，含有时，若SiO2量高于35％，则熔融渣的粘性变高，发生未焊透，因此SiO2量优选为35％以下，更优选为30％以下。
CaO：5～60％
CaO是碱性成分，在用于调节熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分，并且使焊接金属的氧量降低的效果高。CaO量低于5％时，焊接金属的氧量增加，因此CaO量优选为5％以上，更优选为10％以上。但是，若CaO量高于60％，则发生咬边和夹渣，因此CaO量优选为60％以下，更优选为55％以下。
CaF2：3～50％
CaF2也是碱性成分，在用于调节熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分，并且使焊接金属的氧量减少的效果高。CaF2量低于3％时，焊接金属的氧量增加，因此CaF2量优选为3％以上，更优选为5％以上。但是，若CaF2量高于50％，则容易发生咬边和夹渣，并且焊接时发生氟化气体，焊接不稳定，因此CaF2量优选为50％以下，更优选为45％以下。
BaF2：0～20％
BaF2也是碱性成分，在用于调节熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分，并且使焊接金属的氧量降低的效果高。在本发明中，也可以用其他成分调整粘性和熔点，此外进行焊接金属氧量的调整，而不用含有BaF2。另一方面，含有时，若BaF2量高于20％，则熔融渣的熔点变得过低而粘性不足，熔融渣太容易从滑动式铜衬垫与焊接金属之间排出，熔融渣对熔融金属的抑制失效而熔毁。因此，BaF2量优选为20％以下，更优选为15％以下。
MgO：0～20％
MgO也是碱性成分，在用于调整熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分。在本发明中，也可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，而不用含有MgO。另一方面，含有时，若MgO量高于20％，则熔融渣的熔点变得过高，粘性也变高，其结果是发生未焊透，因此MgO量优选为20％以下，更优选为15％以下。
Al2O3：0～65％
Al2O3在用于调整熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分。在本发明中，也可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，而不用含有Al2O3。另一方面，含有时，若Al2O3量高于65％，则熔融渣的粘性变高，发生未焊透，因此优选为65％以下，更优选为60％以下。
另外，Al2O3量优选为3％以上。
MnO：0～20％
MnO在用于调整熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分。在本发明中，也可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，而不用含有MnO。另一方面，含有时，若MnO量高于20％，则熔融渣的熔点变得过低而粘性不足，熔融渣太容易从滑动式铜衬垫与焊接金属之间排出，熔融渣对熔融金属的抑制失效而熔毁。因此，MnO量优选为20％以下，更优选为15％以下。
TiO2：0～10％和ZrO2：0～10％
TiO2和ZrO2在用于调整熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分。在本发明中，也可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，而不用含有TiO2和ZrO2。另一方面，含有时，若TiO2和ZrO2分别高于10％，则在熔点附近粘度急剧变高，因此容易发生夹渣。因此，TiO2和ZrO2量分别优选为10％以下，更优选为5％以下。
FeO：0～5％
FeO在用于调整熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分，并且使焊接金属的氧量降低的效果高。在本发明中，也可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，而不用含有FeO。另一方面，含有时，若FeO量高于5％，则焊道表面容易生成熔渣而咬粘，因此优选为5％以下，更优选为3％以下。
Na2O：0～10％
Na2O在用于调整熔融渣的粘性方面是非常有效的成分。但是，在本发明中，也可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，而不用含有Na2O。另一方面，含有时，若Na2O量高于10％，则熔融渣的熔点变得过低而粘性不足，熔融渣过于容易从滑动式铜衬垫与焊接金属之间排出，熔融渣对熔融金属的抑制失效而熔毁，因此优选为10％以下，更优选为7％以下。
K2O：0～10％
K2O在用于调整熔融渣的粘性方面是非常有效的成分。但是，在本发明中，也可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，而不用含K2O。另一方面，如果含有时，若K2O量高于10％，则熔融渣的熔点变得过低而粘性不足，熔融渣太容易从滑动式铜衬垫与焊接金属之间排出，熔融渣对熔融金属的抑制失效而熔毁。因此，K2O量优选为10％以下，更优选为7％以下。
BaO：0～20％
BaO是碱性成分，在用于调节熔融渣的粘性和熔点方面是有效的成分，并且使焊接金属的氧量降低的效果高。但是，在本发明中，也可以用其他成分进行粘性和熔点的调整，而不用含有BaO。另一方面，如果含有时，若BaO量高于20％，则熔融渣的熔点过低而粘性不足，熔融渣太容易从滑动式铜衬垫与焊接金属之间排出，熔融渣对熔融金属的抑制失效而熔毁。因此，BaO量优选为20％以下，更优选为15％以下。
焊剂的组成对于减少焊接金属的氧量有效，关系到焊接金属部的韧性提高，因此，优选各成分量在限定范围内且满足式(5)。还有，式(5)中的CaO、CaF2等的各成分的表述，是在焊剂总质量中各自的含量(质量％)。
(CaO+CaF2+BaF2+MgO+BaO+Na2O+K2O)/(SiO2+0.5(Al2O3+TiO2+ZrO2+MnO+FeO))≥1.00 (5)
本发明的焊剂的组成如上述，余量是P、S、As、Sb、Sn、Bi等的不可避免的杂质。
(焊接接头)
本发明的焊接接头，使用上述电渣焊用焊丝和焊剂，利用电渣焊制作。上述焊接接头的焊接金属的组成(各成分量)，除了余量是Fe和不可避免的杂质这一点以外，均与电渣焊用焊丝的组成相同，各成分的作用效果也相同。因此，在以下的记述中，与前述的气电焊用焊丝重复的成分的作用效果，为了避免说明的重复而加以省略，只记述优选的范围。
C：高于0％并在0.07％以下
优选的上限：0.06％
Si：高于0％并在0.50％以下
优选的上限：0.40％，更优选为0.30％
Mn：高于0％并在1.0％以下
优选的上限：0.8％
Ni：6.0～15.0％，
优选的下限：7.0％，
优选的上限：14.0％，更优选为12.0％
另外，上述焊接接头的焊接金属，满足下式(6)。还有，式(6)中的C、Si等，是焊接金属总质量中的各自的含量(质量％)，但省略单位。
0.150≤C+Si/30+Mn/20+Ni/60≤0.300 (6)
发明者们从与上述焊丝中的式(1)同样的观点出发，发现了在焊接金属中满足式(6)的技术上的意义。式(6)的参数低于0.150时，得不到规定的强度。式(6)的参数优选为0.160以上，更优选为0.170以上。另一方面，若式(6)的参数高于0.300，则焊接金属的强度过大，极低温韧性降低。式(6)的参数优选为0.290以下，更优选为0.280以下。
另外，上述焊接接头的焊接金属，还含有从Cu、Cr、Mo、W、Nb、V和B所构成的群中选择的至少一种元素时，满足下式(7)。还有，式(7)中的C、Si等，是焊接金属总质量中的各自的含量(质量％)，但省略单位。
0.150≤C+Si/30+W/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+Nb/10+V/10+5×B≤0.300 (7)
Cu、Cr、Mo、W、Nb、V和B是有助于确保强度的元素。发明者们从与上述焊丝的式(2)同样的观点出发，发现了在焊接金属中满足式(7)的技术上的意义。式(7)的参数低于0.150时，得不到规定的强度。式(7)的参数优选为0.160以上，更优选为0.170以上。另一方面，若式(7)的参数高于0.300，则焊接金属的强度变得过大，极低温韧性降低。式(7)的参数优选为0.290以下，更优选为0.280以下。
还有，焊接金属中的Cu、Cr、Mo、W、Nb、V和B的各自优选的含量，与上述焊丝的优选含量相同。
O：0％以上且0.025％以下
O形成氧化物，该氧化物作为摆锤冲击试验时的孔隙形成的起点起作用，因此极低温韧性降低。因此，O量优选为0.025％以下，理想的是不含有。
N：0％以上且0.010％以下
N作为固溶元素使焊接金属部的基体强化，另一方面，也是诱发脆性断裂的元素，极低温韧性降低。因此，N量优选为0.010％以下，理想的是不含有。
本发明的焊接金属的基本组成如上述，余量是铁和从焊丝添加的Cu、Cr、Mo、W、Nb、V、B，和作为脱氧剂添加的Ca、Mg、REM、Al、Zr、Ti的一部分未作为熔渣排出而残留在焊接金属中的，此外还有不可避免的杂质。作为不可避免的杂质，可列举例如P、S、As、Sb、Sn、Bi等。
上述焊接接头的制作所用的母材，优选使用含有5～10％的Ni的钢板。Ni量低于5％时，有不能确保极低温韧性等的问题。Ni量更优选为5.2％以上，进一步优选为6.5％以上。但是，若Ni量高于10％，则钢材成本上升，因此Ni量优选为10％以下。Ni量更优选为9.5％以下。
【实施例】
在本实施例中，作为母材，使用具有表1所示的组成(余量是不可避免的杂质)的钢板，使用具有表2～5所示的组成的电渣焊用焊丝，和具有表6所示的组成的焊剂，以下述的焊接条件制作焊接金属。还有，在表1～6和以下所示的表7～10中，各成分量表示质量％，各成分组成中的“0”的表述，意思是组成分析中低于检测临界值。
另外，表2～5所示的熔渣量，是焊丝中包含的造渣剂的量，记述根据其组成而由式(4)计算出的值。进行试验的焊丝有药芯焊丝、MCW、实芯焊丝，MCW和实芯焊丝的情况显示在备注栏中，药芯焊丝的情况为空栏。另外，有无镀Cu显示在备注栏。Cu镀覆量为0.10～0.30％的范围，表2～5的焊丝Cu量，表示Cu镀覆量与镀覆以外在焊丝中作为合金而含有的量的总和。
另外，在表2～5所示的各焊丝中，对于Cu、Cr、Mo、W、Nb、V和B均不含有的焊丝，只记述式(1)的参数值，式(2)的参数值为空栏。另一方面，对于含有从Cu、Cr、Mo、W、Nb、V和B所构成的群中选择的至少一种元素的焊丝，只记述式(2)的参数值，式(1)的参数值为空栏。
【表1】
表1 母材化学成分
标号 C Si Mn Ni Fe
9N 0.030 0.25 0.60 9.50 89.6
7N 0.050 0.22 0.69 7.32 91.7
5N 0.045 0.24 0.77 5.33 93.6
【表2】
Figure GDA0003494936800000161
【表3】
Figure GDA0003494936800000171
【表4】
Figure GDA0003494936800000181
【表5】
Figure GDA0003494936800000191
【表6】
Figure GDA0003494936800000201
另外，如图1所示，铜衬垫1(坡口的背面侧)和滑动式铜衬垫2(坡口的表面侧)所包围的坡口的宽度是10mm，进行20°V坡口焊。还有，铜衬垫1和滑动式铜衬垫2均使用经过水冷的。
焊接方法：电渣焊
焊接条件：
母材的板厚：30mm
坡口形状：参照图1
渣池深度25mm时开始焊接
焊丝：参照表2～5
丝径＝1.6mm
线能量条件：约12～19kJ/mm(焊接电流340～380A－焊接电压40～44V)
焊接姿势：单道立焊
如此得到的焊接金属的组成(余量是不可避免的杂质)显示在表7～10中。还有，在表7～10所示的各焊接金属中，对于Cu、Cr、Mo、W、Nb、V和B均不含有的焊接金属，只记述式(6)的参数值，式(7)的参数值为空栏。另一方面，对于含有从Cu、Cr、Mo、W、Nb、V和B所构成的群中选择的至少一种元素的焊接金属，只记述式(7)的参数值，式(6)的参数值为空栏。另外，对于上述焊接金属，评价以下的特性。
(强度)
从焊接金属的中央部，与焊接线方向平行，以JIS Z2202所述的方法提取拉伸试验片，以JIS Z2241所述的方法进行拉伸试验。在本实施例中，抗拉强度TS＞690MPa的焊接金属为合格。
(极低温韧性)
从所得到的焊接金属的板厚中央部，与焊接线方向垂直地提取摆锤冲击试验片(JIS Z3111 4号V切口试验片)，以JIS Z 2242所述的方法实施－196℃下的摆锤冲击试验。同样的试验进行3次，计算其平均值时，吸收功IV为40J以上的焊接金属评价为极低温韧性优异。
(焊道外观)
焊道外观以目视进行，根据下述标准评价。
合格：焊道整齐时直线性优异的
不合格：焊道严重蛇行的，或发生咬边的
【表7】
Figure GDA0003494936800000231
【表8】
Figure GDA0003494936800000241
【表9】
Figure GDA0003494936800000251
【表10】
Figure GDA0003494936800000261
根据表7～10的结果，能够进行如下考察。
首先，表7～10的No.1～90，是使用了满足本发明的要件的表2～5的No.1～90的焊丝的例子，尽管实施10.0kJ/mm以上的大线能量焊接，仍能够得到极低温韧性IV(吸收功)和强度TS(抗拉强度)这两者均优异的焊接金属。
其中，作为焊剂使用了满足本发明的组成的表6的A～L的结果是，焊道外观良好。
相对于此，表10的No.91～100，是使用了不满足本发明的要件的表5的No.91～100的焊丝的例子，具有以下的问题。
No.91中，焊丝和焊接金属中的C量多，韧性劣化。
No.92中，焊丝和焊接金属中的Si量多，韧性劣化。
No.93中，焊丝和焊接金属中的Mn量多，韧性劣化。
No.94中，焊丝和焊接金属中的Ni量少，强度降低，而且韧性劣化。
No.95中，焊丝和焊接金属中的Ni量多，韧性劣化。
No.96中，焊丝的Fe量少，其结果是合金成分过大，焊接金属的式(6)的参数大，韧性劣化。
No.97中，焊丝的式(1)的参数小，强度降低，而且韧性劣化。
No.98中，焊丝的式(1)的参数和焊接金属的式(6)的参数大，韧性劣化。
No.99中，焊丝的式(2)的参数小，强度降低，而且韧性劣化。
No.100中，焊丝的式(2)的参数和焊接金属的式(7)的参数大，韧性劣化。
以上，基于上述具体例详细地说明了本发明，但本发明不受上述具体例限定，只要不脱离本发明的范畴，可以进行所有变形和变更。
还有，本申请基于2016年9月13日申请的日本专利申请(特愿2016－178802)和2017年2月21日申请的日本专利申请(特愿2017－030282)，其整体通过引用被援引。

Claims (13)

1.一种电渣焊用焊丝，其特征在于，在焊丝总质量中，
以质量％计含有
C：高于0％并在0.07％以下、
Si：高于0％并在0.50％以下、
Mn：高于0％并在0.10％以下、
Ni：6.0～15.0％、
Fe：79％以上，
还含有从Ca、Mg、REM、Zr、Al和Ti所构成的群中选择的至少一种元素，
所述焊丝中，相对于焊丝总质量含有造渣剂高于0％并在15％以下，且所述造渣剂中，含有从SiO2、CaO、CaF2、BaF2、MgO、Al2O3、MnO、TiO2、ZrO2、FeO、Na2O、K2O和BaO所构成的群中选择的至少一种元素，
并且，满足下式(1)、式(3)、式(4)，
0.150≤C+Si/30+Mn/20+Ni/60≤0.300 (1)
0.001≤1.6(Ca+Mg)+1.25(REM+Zr)+Al+0.8Ti≤0.70 (3)
(CaO+CaF2+BaF2+MgO+BaO+Na2O+K2O)/(SiO2+0.5(Al2O3+TiO2+ZrO2+MnO+FeO))≥1.00 (4)。
2.根据权利要求1所述的电渣焊用焊丝，其特征在于，所述焊丝是实芯焊丝或药芯焊丝。
3.根据权利要求1所述的电渣焊用焊丝，其特征在于，对所述焊丝实施了镀Cu。
4.一种电渣焊用焊丝，其特征在于，在焊丝总质量中，
以质量％计含有
C：高于0％并在0.07％以下、
Si：高于0％并在0.50％以下、
Mn：高于0％并在0.23％以下、
Ni：6.0～15.0％、
Fe：79％以上，并且，
含有从Cu、Cr、Mo、W、Nb、V和B所构成的群中选择的至少一种元素，
还含有从Ca、Mg、REM、Zr、Al和Ti所构成的群中选择的至少一种元素，
所述焊丝中，相对于焊丝总质量含有造渣剂高于0％并在15％以下，且所述造渣剂中，含有从SiO2、CaO、CaF2、BaF2、MgO、Al2O3、MnO、TiO2、ZrO2、FeO、Na2O、K2O和BaO所构成的群中选择的至少一种元素，
并且，满足下式(2)、式(3)、式(4)，
0.150≤C+Si/30+W/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+Nb/10+V/10+5×B≤0.300 (2)
0.001≤1.6(Ca+Mg)+1.25(REM+Zr)+Al+0.8Ti≤0.70 (3)
(CaO+CaF2+BaF2+MgO+BaO+Na2O+K2O)/(SiO2+0.5(Al2O3+TiO2+ZrO2+MnO+FeO))≥1.00 (4)。
5.根据权利要求4所述的电渣焊用焊丝，其特征在于，所述焊丝是实芯焊丝或药芯焊丝。
6.根据权利要求4所述的电渣焊用焊丝，其特征在于，对所述焊丝实施了镀Cu。
7.一种电渣焊用焊剂的使用方法，是与权利要求1或4所述的电渣焊用焊丝一起用于电渣焊的焊剂的使用方法，其中，
所述焊剂中，以质量％计含有
SiO2：0～35％、
CaO：6～60％、
CaF2：3～50％、
BaF2：0～20％、
MgO：0～20％、
Al2O3：0～65％、
MnO：0～20％、
TiO2：0～10％、
ZrO2：0～10％、
FeO：0～5％、
Na2O：0～10％、
K2O：0～10％、
BaO：0～20％，
并且，满足下式(5)，
(CaO+CaF2+BaF2+MgO+BaO+Na2O+K2O)/(SiO2+0.5(Al2O3+TiO2+ZrO2+MnO+FeO))≥1.00 (5)。
8.一种焊接接头，其特征在于，是使用权利要求1所述的电渣焊用焊丝和权利要求7所述的电渣焊用焊剂，利用电渣焊制作的焊接接头，
所述焊接接头的焊接金属中，以质量％计含有
C：高于0％并在0.07％以下、
Si：高于0％并在0.50％以下、
Mn：高于0％并在0.28％以下、
Ni：6.0～15.0％，
还含有从Ca、Mg、REM、Zr、Al和Ti所构成的群中选择的至少一种元素，
余量由Fe和不可避免的杂质构成，
并且，满足下式(6)、式(3)，
0.150≤C+Si/30+Mn/20+Ni/60≤0.300 (6)
0.001≤1.6(Ca+Mg)+1.25(REM+Zr)+Al+0.8Ti≤0.70 (3)。
9.根据权利要求8所述的焊接接头，其特征在于，
所述焊接金属中，以质量％计还含有
O：0％以上且0.025％以下
N：0％以上且0.010％以下。
10.根据权利要求8所述的焊接接头，其特征在于，使用含有5～10％的Ni的钢板作为母材。
11.一种焊接接头，其特征在于，是使用权利要求4所述的电渣焊用焊丝和权利要求7所述的电渣焊用焊剂，利用电渣焊制作的焊接接头，
所述焊接接头的焊接金属中，以质量％计含有
C：高于0％并在0.07％以下、
Si：高于0％并在0.50％以下、
Mn：高于0％并在0.37％以下、
Ni：6.0～15.0％，并且，
含有从Cu、Cr、Mo、W、Nb、V和B所构成的群中选择的至少一种元素，还含有从Ca、Mg、REM、Zr、Al和Ti所构成的群中选择的至少一种元素，余量由Fe和不可避免的杂质构成，
并且，满足下式(7)、式(3)的范围，
0.150≤C+Si/30+W/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+Nb/10+V/10+5×B≤0.300 (7)
0.001≤1.6(Ca+Mg)+1.25(REM+Zr)+Al+0.8Ti≤0.70 (3)。
12.根据权利要求11所述的焊接接头，其特征在于，
所述焊接金属中，以质量％计还含有
O：0％以上且0.025％以下
N：0％以上且0.010％以下。
13.根据权利要求11所述的焊接接头，其特征在于，使用5～10％的Ni的钢板作为母材。
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